Нелинейное резонансное усиление, схемы усилителей и их применение

Автор: Пользователь скрыл имя, 18 Марта 2012 в 16:55, курсовая работа

Описание работы

Нелинейные резонансные усиления имеют малый КПД из-за небольшой доли переменной составляющей тока I1, от постоянной I2, отбираемого от источника питания. Эти усилители применяются для усиления слабых сигналов в приемных устройствах.
Наличие в составе тока усилителя, работающего в нелинейном режиме, гармоник, кратных основной частоте возбуждения, позволяет использовать его в качестве умножителя частоты. Для этого необходимо настроить нагрузочный колебательный контур на частоту выделяемой гармоники. Амплитуды высших гармоник растут при уменьшении угла отсечки.

Содержание

Введение
3
1. Нелинейное резонансное усиление, схемы усилителей и их применения
4
1.1 Нелинейное резонансное усиление
4
1.2. Принципиальная схема замещения для первой гармоники
резонансного усилителя
4
1.3. Умножение частоты
6
1.4. Амплитудная модуляция
7
1.5. Схемы усилителей
9
1.6. Простые двухкаскадные усилители
18
1.7. Применение усилителей
22
2. Исследование нелинейного резонансного усилителя
26
Заключение

Работа содержит 1 файл

курсовая по ОТЦ.docx

— 2.34 Мб (Скачать)

Номинальная мощность 50 Вт при  коэффициенте гармоник 0,07%. Для схемы  характерен выход из строя выходных транзисторов вследствие теплового  пробоя. Поэтому рекомендую вместо КТ818Г и КТ819Г использовать транзисторы  в металлическом корпусе КТ818ГМ и КТ819ГМ или снизить напряжение источника питания.

На рисунке 9 показана схема довольно простого усилителя, обладающего, тем не менее, достаточно хорошими параметрами.

Рисунок 9 - УМЗЧ с глубокой ООС.

 

Схема из журнала "Радио" №10 за 1989 г. автор Акулиничев И. Т.

Предоконечный усилитель УМЗЧ - двухкаскадный с высокоомным инвертирующим входом. Неинвертирующий вход служит для балансировки напряжения питания, источник которого не имеет гальванической связи с общим проводом. Транзисторы VT1, VT2 первого каскада предоконечного усилителя включены по схеме составного эмиттерного повторителя. База транзистора VT3, заблокированная емкостью конденсатора С3, подключена к резистивной цепи R6R7R8. Работающий во втором каскаде транзистор VT4 включен по схеме ОЭ. Совместно с источником тока на транзисторах VT5, VT6 обеспечивает более линейное усиление максимальных уровней звукового сигнала. Источник тока выполняет также функции стабилизатора токового режима предоконечного усилителя.

Дифференцирующая цепочка C5R2C6, включенная между входной и выходной цепями усилителя, предотвращает его самовозбуждение и с помощью конденсатора С8 позволяет сместить частотный срез АЧХ за пределы воспроизводимого диапазона звуковых частот. Оконечный каскад усилителя построен на комплементарных парах транзисторов, включенных по схеме ОК. Для стабилизации токового режима и демпфирования коммутационных процессов на входе оконечного усилителя УМЗЧ включен транзисторный шунт VT7, VT8, управляемый напряжением на базах транзисторов выходного каскада VT11, VT12. Такой способ стабилизации обеспечивает работоспособность УМЗЧ при трехкратном снижении напряжения его питания. Питается УМЗЧ от автономного выпрямителя, подключенного к отдельной обмотке сетевого трансформатора.

Налаживают УМЗЧ путем  установки тока покоя в пределах 15-20 мА (с помощью резистора R12 или R13).

Номинальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом - 16 Вт, на нагрузке 4 Ом - 24 Вт, диапазон воспроизводимых частот - 20...20 000 Гц.7

Теперь этот же усилитель, но с операционным усилителем (ОУ) во входном каскаде:

 

Рисунок 10 - Усилитель мощности.

 

Выходной каскад аналогичен предыдущей схеме. Во входном каскаде  используется ОУ К574УД1. Ток покоя  устанавливается резистором R8 в  пределах 3-5 мА. Питание осуществляется от стабилизированного источника. Номинальная  мощность на нагрузке 4 Ом - 15 Вт при  коэффициенте гармоник на частоте 20 кГц 0.05-0.07%.

На рисунке 11 показана схема усилителя, выходной каскад которого работает в режиме В ("Радио", №3 1990 г.).

Транзисторы входного каскада VT1, VT2 включены по схеме с динамической нагрузкой. Коллекторной нагрузкой  транзистора VT1 служит внутреннее сопротивление  транзистора VT2, а коллекторной нагрузкой  транзистора VT2 - внутреннее сопротивление  транзистора VT1. Внутренние сопротивления этих транзисторов достаточно велики, так как транзисторы включены по схеме с ОЭ и охвачены местной ООС по току, создаваемой резисторами в цепи эмиттеров. В результате, несмотря на то, что выходы каскадов на транзисторах VT1 и VT2 по переменному току включены

 

Рисунок 11 - Усилитель с выходным каскадом, работающим в режиме В.

 

параллельно и шунтируют  друг друга, выходное сопротивление  первого каскада достигает большой величины - около 0,5 Мом - и приращения коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2, вызванные воздействием входного сигнала, практически полностью уходят в базовые цепи транзисторов VT3 и VT4 в зависимости от знака приращения.

Транзисторы предвыходного  каскада VT3, VT4 также включены по схеме  с ОЭ, охвачены ООС по току через  резистор R14 и имеют большие внутренние сопротивления. Следовательно, для  выходных транзисторов VT5, VT6 они являются источниками тока. Усиленный транзисторами VT3, VT4 ток полностью уходит в базовые  цепи транзисторов VT5, VT6 и усиливается  ими. Положительный полупериод сигнала  усиливается транзисторами VT1, VT3, VT5, отрицательный - транзисторами VT2, VT4, VT6. На нагрузочном сопротивлении усиленные  сигналы складываются, и на нём  откладывается напряжение, пропорциональное коллекторным токам транзисторов VT5, VT6. Таким образом, конечным результатом  работы является усиление напряжения, хотя все транзисторы усиливают  токи.

Постоянные смещения на базах  транзисторов VT1, VT2 создаются с помощью  резисторного делителя R4-R7. Резистором R4 потенциал их коллекторов приравнивается к потенциалу средней точки (общий  провод). На базы транзисторов VT3, VT4 подано небольшое постоянное смещение

0,8...1 В (по 0,4...0,5 В на каждый транзистор). Оно недостаточно для открывания транзисторов, но значительно снижает порог их открывания напряжением сигнала. Цепь R12-C6 уменьшает коммутационные искажения.

Транзисторы предвыходного  каскада необходимо установить на теплоотводы  с площадью около 40 см2 каждый. Транзисторы выходного каскада устанавливаются на общий теплоотвод с площадью 300 см2. Усилитель при напряжении питания ±15 В на нагрузке 4 Ом развивает мощность 15 Вт. Входное сопротивление 2 кОм.

 

Рисунок 12 - принципиальная схема усилителя на КП904 (30 Ватт)

 

Рисунок 13 - принципиальная схема усилителя AB-300

Рисунок 14 - принципиальная схема усилителя AB-600

 

1.6. Простые двухкаскадные усилители

 

Принципиальные схемы  двух вариантов такого усилителя изображены на рисунке 15. Они, по существу, являются повторением схемы разобранного сейчас транзисторного усилителя. Только на них указаны данные деталей и введены три дополнительных элемента: R1, СЗ и S1. Резистор R1 - нагрузка источника колебаний звуковой частоты (детекторного приемника или звукоснимателя); СЗ - конденсатор, блокирующий головку В1 громкоговорителя по высшим звуковым частотам; S1 - выключатель питания. В усилителе на (рисунке 15, а) работают транзисторы структуры р - n - р, в усилителе на (рисунке 15, б) - структуры n - p - n. В связи с этим полярность включения питающих их батарей разная: на коллекторы транзисторов первого варианта усилителя подается отрицательное, а на коллекторы транзисторов второго варианта - положительное напряжение. Полярность включения электролитических конденсаторов также разная. В остальном усилители совершенно одинаковые.

 

Рисунок 15 - Двухкаскадные усилители НЧ на транзисторах структуры p - n - p (a) и на транзисторах структуры n - p - n (б).

 

В любом из этих вариантов  усилителя могут работать транзисторы  со статическим коэффициентом передачи тока h21э 20 - 30 и больше. В каскад предварительного усиления (первый) надо поставить транзистор с большим коэффициентом h21э - Роль нагрузки В1 выходного каскада могут выполнять головные телефоны, телефонный капсюль ДЭМ-4м. Для питания усилителя используйте батарею 3336Л (в народе называют - квадратная батарея) или сетевой блок питания (который предлагалось изготовить в 9 - ом уроке). Предварительно усилитель соберите на макетной плате, после чего перенесете его детали на печатную плату, если возникнет такое желание. Сначала на макетной плате смонтируйте детали только первого каскада и конденсатор С2. Между правым (по схеме) выводом этого конденсатора и заземленным проводником источника питания включите головные телефоны. Если теперь вход усилителя соединить с выходными гнездами например: детекторного приемника, настроенного на какую - либо радиостанцию, или подключить к нему любой другой источник слабого сигнала, в телефонах появится звук радиопередачи или сигнал подключенного источника. Подбирая сопротивление резистора R2 (так же, как при подгонке режима работы одно-транзисторного усилителя), добейтесь наибольшей громкости. При этом миллиамперметр, включенный в коллекторную цепь транзистора, должен показывать ток, равный 0,4 - 0,6 мА. При напряжении источника питания 4,5 В это наивыгоднеший режим работы для данного транзистора. Затем смонтируйте детали второго (выходного) каскада усилителя, телефоны включите в коллекторную цепь его транзистора. Теперь телефоны должны звучать значительно громче. Еще громче, возможно, они будут звучать после того, как подбором резистора R4 будет установлен коллекторный ток транзистора 0,4 - 0,6 мА. Можно, поступить иначе: смонтировать все детали усилителя, подбором резисторов R2 и R4 установить рекомендуемые режимы транзисторов (по токам коллекторных цепей или напряжениям на коллекторах транзисторов) и только после этого проверять его работу на звуковоспроизведение. Такой путь более техничный. А для более сложного усилителя, а вам придется иметь дело в основном именно с такими усилителями, он единственно правильный. Надеюсь, вы поняли, что мои советы по налаживанию двухкаскадного усилителя в равной степени относятся к обоим его вариантам. И если коэффициенты передачи тока их транзисторов будут примерно одинаковыми, то и громкость звучания телефонов - нагрузок усилителей должна быть одинаковой. С капсюлем ДЭМ-4м, сопротивление которого 60 Ом, ток покоя транзистора каскада надо увеличить (уменьшением сопротивления резистора R4) до 4 - 6 мА. Принципиальная схема третьего варианта двухкаскадного усилителя показана на рисунке 16. Особенностью этого усилителя является то, что в первом его каскаде работает транзистор структуры p - n - р, а во втором - структуры n - p - n. Причем база второго транзистора соединена с коллектором первого не через переходной конденсатор, как в усилителе первых двух вариантов, а непосредственно или, как еще говорят, гальванически. При такой связи расширяется диапазон частот усиливаемых колебаний, а режим работы второго транзистора определяется в основном режимом работы первого, который устанавливают подбором резистора R2. В таком усилителе нагрузкой транзистора первого каскада служит не резистор R3, а эмиттерный р - n переход второго транзистора. Резистор же нужен лишь как элемент смещения: создающееся на нем падение напряжения открывает второй транзистор. Если этот транзистор германиевый (МП35 - МП38), сопротивление резистора R3 может быть 680 - 750 Ом, а если кремниевый (МП111 - МП116, КТ315, КТ3102) - около 3 кОм. К сожалению, стабильность работы такого усилителя при изменении напряжения питания или температуры невысока. В остальном все то, что сказано применительно к усилителям первых двух вариантов, относится и к этому усилителю. Можно ли усилители питать от источника постоянного тока напряжением 9 В, например от двух батарей 3336Л или "Крона", или, наоборот, от источника напряжением 1,5 - 3 В - от одного - двух элементов 332 или 316? Разумеется, можно: при более высоком напряжении источника питания нагрузка усилителя - головка громкоговорителя - должна звучать громче, при более низком - тише. Но при этом несколько иными должны быть и режимы работы транзисторов. Кроме того, при напряжении источника питания 9 В номинальные напряжения электролитических конденсаторов С2 первых двух вариантов усилителя должны быть не менее 10 В. Пока детали усилителя смонтированы на макетной панели, все это нетрудно проверить опытным путем и сделать соответствующие выводы.

 

Рисунок 16 - Усилитель на транзисторах разной структуры

 

Смонтировать детали налаженного  усилителя на постоянной плате - дело несложное. Для примера на рисунке 17 показана монтажная плата усилителя первого варианта по схеме на рисунке 15( а). Плату выпилите из листового гетинакса или стеклотекстолита толщиной 1,5 - 2 мм. Ее размеры, указанные на рисунке, примерные и зависят от габаритов имеющихся у вас деталей. Например, на схеме мощность резисторов обозначена 0,125 Вт, емкости электролитических конденсаторов - по 10 мкФ. Но это не значит, что только такие детали надо ставить в усилитель. Мощности рассеяния резисторов могут быть любыми. Вместо электролитических конденсаторов К5О - 3 или К52 - 1, показанных на монтажной плате, могут быть конденсаторы К50 - 6 или импортные аналоги, к тому же на большие номинальные напряжения. В зависимости от имеющихся у вас деталей может измениться и печатная плата усилителя.

 

Рисунок 17 - Монтажная плата двухкаскадного усилителя НЧ.

 

1.7. Применение усилителей

 

Усилители применяют для  компенсации потерь в фидерах (ТВ-кабеле), делителях (ответвителях), распределительных сетях.

Большие потери в распределительной  сети могут быть обусловлены, например, большой длиной фидера. Необходимость  применения длинного фидера иногда возникает когда приемная антенна закрыта высотными зданиями и ее приходится переносить на 50-100 метров в сторону, очень высоко поднимать или что часто бывает, проживая на первом этаже, устанавливать антенну на десятом. В этом случае разумно установить усилитель в разрыв кабеля в непосредственно у антенны. Питание подается по кабелю через инжектор питания.

Установка усилителя около  телевизора редко дает улучшение  качества приема по ряду причин:

- Обладая примерно таким же уровнем собственных шумов, как и телевизионный приемник, не улучшает чувствительности, ограниченной шумами.

- Если антенный усилитель установлен около телевизора, на его вход поступает сигнал ослабленный прохождением по фидеру, поэтому отношение сигнал/шум на входе антенного усилителя оказывается хуже, чем у на выходе антенны.

- Усилитель должен увеличивать отношение сигнал/шум, а для этого следует усиливать полезный сигнал, а не шум. Поэтому усилители рекомендуется в случае слабого сигнала устанавливать рядом с антенной.

Согласно справочным данным для наиболее распространенного  кабеля РК 75-4-11, удельное затухание:

 

0,05 ... 0,08 дБ/м

в диапазоне 1-5-го каналов

0,12 ... 0,15 дБ/м

в диапазоне 6-12-го каналов

0,25 ... 0,37 дБ/м

в диапазоне 21-69-го каналов.


 

Если длина фидера снижения 50 метров (10 этажей + ввод) потери составят:

 

4дБ

в диапазоне 1-5-го каналов

7,5дБ

в диапазоне 6-12-го каналов

18,5дБ

в диапазоне 21-60-го каналов


Потери в ДМВ диапазоне  на 14,5дБ больше. Установка широкополосного  усилителя вблизи антенны, например, с усилением 20дБ компенсирует потери. Сигнал с таким "перекосом" согласно ГОСТ 28324-89 вполне нормальный для работы телевизора.

В тех случаях когда  необходима дальнейшая обработка сигнала, например его нужно усилить и подключить дополнительно 30-50 телевизоров, такая разница в уровне сигналов не желательна.

 

Рисунок 18 - усилитель Multibend с независимой регулировкой диапазона

 

Применение усилителей Multibend - с независимой регулировкой диапазона 1-5к, 6-12к, 21-69к позволяет выровнять уровни сигнала в разных диапазонах. На вход усилителя нежелательно подавать сигнал более 80дБ/мкВ, почему читаем здесь

Применение малошумящих антенных усилителей с транзитным проходом диапазона 1-5к,6-12к, 21-69к частично позволяет выровнять уровни сигнала в разных диапазонах. Все усилители малошумящие - Кш входного каскада не более 3дБ (Кш селектора каналов телевизора пятого поколения 4,5дБ) соответственно малый ток потребления и небольшой макс. выходной уровень не более 90-100мВ - это накладывает определенные ограничения в применении усилителей. На вход усилителя нежелательно подавать сигнал более 75дБ/мкВ     

 

Рисунок19                                                                         

Пример: диапазонный усилитель  усиливает сигнал в ДМВ диапазоне  на       12 дБ, в метровом диапазоне они проходят без усиления с небольшими потерями 1,2-1,5 дБ. получаем на выходе

 

5,5дБ

в диапазоне 1-5-го каналов

9дБ

В диапазоне 6-12-го каналов

6,5дБ

в диапазоне 21-60-го каналов


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО РЕЗОНАНСНОГО УСИЛИТЕЛЯ.

2.1. Собрал схему установки. Подключил ГВЧ к гн.ГВЧ2 и осциллограф к гн. У(УЧ), включил блок питания, подключил (вращением R23 вправо) С18 о определил с помощью ГВЧ по максимуму выходного сигнала на осциллографе резонансную частоту fp усилителя в классе А (потенциометр R21 вывести вправо) в режиме малого сигнала.

Информация о работе Нелинейное резонансное усиление, схемы усилителей и их применение